復(fù)合材料電纜總結(jié)

1、復(fù)合材料電纜1 復(fù)合材料電纜芯的研究背景20世紀(jì)90年代日本開發(fā)了復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線，產(chǎn)品分為碳纖維芯鋁絞線（ACFR）和碳纖維芯耐熱鋁合金絞線（TACFR）兩種，前者在實(shí)際線路試驗(yàn)了四年多。復(fù)合材料線主要由碳纖維和熱硬化性樹脂構(gòu)成。用12000根直徑為7u的PAN系碳纖維涂上未硬化的熱硬化性樹脂絞在一起，在纏上有機(jī)纖維形成一根股線，然后用7根股線絞成合成絞線、再經(jīng)過最后的熱處理使樹脂完全硬化，最后形成復(fù)合材料芯線。試驗(yàn)證明，這種新型復(fù)合材料芯導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼芯鋁絞線（ACSR），在常溫下的應(yīng)力-伸長特性呈現(xiàn)彈性體，沒有塑性變形，破斷時(shí)的伸長量比鋼絞線小，約為1.6%，耐熱性基本與A

2、CSR相同1。美國新型復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線開發(fā)研究較為成功的是CTC公司，2003年該公司又推車了型號(hào)為ACCC的復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線-碳纖維復(fù)合芯絞線。它的新鮮是由碳纖維為中心層和玻璃纖維包覆制成的單根芯棒，碳纖維采用聚酰胺耐火處理、碳化而成；高強(qiáng)度、高韌性配方的環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的耐沖擊性、耐抗拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。將碳纖維與玻璃纖維進(jìn)行預(yù)拉伸后，在環(huán)氧樹脂浸漬，然后在高溫模子中固化成型為復(fù)合材料芯線。芯線外層與鄰?fù)鈱訛樘菪谓孛驿X線股。導(dǎo)線已完成常規(guī)的型式試驗(yàn)，具有良好的機(jī)械特性和電學(xué)特性1。與鋼芯鋁絞線類似，ACCC導(dǎo)線中電能傳輸主要依靠導(dǎo)體部分鋁單線完成，碳纖維復(fù)合芯主要承擔(dān)導(dǎo)線自身重量以及風(fēng)力

3、、導(dǎo)線應(yīng)力等機(jī)械力2。由于外層軟鋁線的線膨脹系數(shù)( 23×10- 6/ °C ) 超出碳纖維復(fù)合芯的線膨脹系數(shù)( 1. 6×10- 6/ °C)的14. 4倍, 導(dǎo)線表面溫度達(dá)到150 °C及以上情況下, 軟鋁線由于熱膨脹伸長量很大, 基本上不承受拉力, 所有的拉力均由碳纖維復(fù)合芯承擔(dān)3。1.1 碳纖維復(fù)合芯電纜的優(yōu)點(diǎn)碳纖維復(fù)合芯電纜與傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞電纜相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)2:( 1)重量輕: 碳纖維復(fù)合芯的密度約為1.90g / cm3,鋼的密度為7.8g / cm3。前者是后者的1/ 4。因此, 架空電纜的桿塔跨距可增長, 減少塔桿數(shù)約為16

4、%左右,同時(shí)減少占地面積。( 2 ) 強(qiáng)度高, 破斷力大。ACCC 的拉伸強(qiáng)度約2399M Pa,是普通鋼絲的1.97倍,是高強(qiáng)度鋼的1.7倍。試驗(yàn)表明,破斷力提高了30%。ACCC強(qiáng)度高,承載外力主要由碳纖維復(fù)合芯來承擔(dān),鋁絞線幾乎不受拉力, 可提高使用壽命。( 3) 導(dǎo)電率高, 載流量大。相同直徑ACCC中的鋁線截面積是常規(guī)ACSR的1.29 倍, 載流量提高29%左右。這是基于以下幾個(gè)原因:碳纖維復(fù)合芯強(qiáng)度高于鋼芯, 因而芯棒直徑比鋼芯細(xì), 容納鋁線多, 導(dǎo)電截面積大; ACCC的鋁線為梯形截面,而ACSR為圓形截面, 前者易緊湊密排; ACCC外層鋁線可采用導(dǎo)電率為63%的JACS軟鋁

5、線, 與硬鋁線61%的IACS相比,導(dǎo)電率可提高3.3%。( 4) 線路損耗小。碳纖維復(fù)合材料是一種非磁性材料, 當(dāng)導(dǎo)線通過交流電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗,呈現(xiàn)出更小的交流電阻。一般來說,可減少輸電損耗 6%左右。同時(shí)由于ACCC采用梯形鋁線, 使其外表比ACSR的圓形鋁線更加光滑,提高了表面粗糙系數(shù), 從而提高了導(dǎo)線的電暈起始電壓,減少了電暈損失。( 5) 耐腐蝕, 使用壽命長。碳纖維復(fù)合芯棒避免了鋼芯在通電時(shí)鋁線與鍍鋅鋼絲之間的電化學(xué)腐蝕, 使鋁導(dǎo)線長期使用而耐老化。同時(shí),碳纖維芯棒外層為絕緣的玻璃纖維層, 有的還在玻璃纖維層外圍包覆聚四氟乙烯層或噴涂絕緣物質(zhì),使芯棒與鋁線完全絕緣,兩

6、者之間不存在接觸電位差, 使鋁導(dǎo)線免受電腐蝕(參看圖 2)。圖2 碳纖維復(fù)合芯鋁絞電纜的截面結(jié)構(gòu)圖( 6) 線膨脹系數(shù)小,弛度小。ACCC的線膨脹系數(shù)為1.6×10- 6/ °C左右, ACSR為11. 5 ×10- 6/ °C ,兩者相差甚遠(yuǎn)。條件試驗(yàn)表明,當(dāng)溫度由26 1°C上升到186°C 時(shí), ACSR 導(dǎo)線的弛度從236mm 增加到1422mm, 增加5倍左右, 而ACCC 導(dǎo)線僅從198mm 增加到312mm, 僅增加0 .57倍。顯然, ACCC 的弛度變化僅為 ACSR 的9.6%。這表明, ACCC電纜可適應(yīng)晝夜溫差

7、、冬夏溫差的變化環(huán)境, 是一種安全型的高端產(chǎn)品。（7）便于導(dǎo)線展放和施工5。ACCC導(dǎo)線的外層導(dǎo)電線路部分與常規(guī)ACSR導(dǎo)線有相同直徑和螺旋狀結(jié)構(gòu)，放線安裝完全可按安裝常規(guī)的方法進(jìn)行，現(xiàn)有的桿、塔等構(gòu)件不必改造。導(dǎo)線的剖視圖當(dāng)然ACCC導(dǎo)線也存在缺點(diǎn)。例如：因ACCC導(dǎo)線采用高溫退火純鋁錐梯形排列，鋁十分松軟，故應(yīng)采用各種措施嚴(yán)防鋁線起股和磨損。復(fù)合芯易折斷，在施工和實(shí)驗(yàn)時(shí)，裸露復(fù)合芯稍不注意就會(huì)折斷，故在牽引過程中應(yīng)平穩(wěn)緩慢，減少?zèng)_擊力。目前，ACCC導(dǎo)線價(jià)格約是普通鋼芯鋁絞線的45倍，價(jià)格過高也在部分程度上影響了該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。2 碳纖維復(fù)合芯梯形軟鋁導(dǎo)線的研制碳纖維復(fù)合芯梯形軟鋁導(dǎo)線

8、的研制包括碳纖維復(fù)合芯的研制、梯形軟鋁單絲拉制和導(dǎo)線絞制3個(gè)方面6。2 . 1 碳纖維復(fù)合芯的研制6復(fù)合芯的性能首先由樹脂基體配方?jīng)Q定, 不同的配方會(huì)導(dǎo)致復(fù)合芯的性能不盡相同。生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯的關(guān)鍵技術(shù)有樹脂體系適用期研究、體系粘度樹脂的溫度-放熱特性、耐熱性能、樹脂體系澆注體性能和樹脂的溫度-放熱特性等。 采用國產(chǎn)常熟環(huán)氧樹脂和美國亨斯邁環(huán)氧樹脂進(jìn)行研究,結(jié)合理論進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化選型,采用逐步淘汰的方法進(jìn)行配方優(yōu)化,結(jié)合設(shè)備試制的工藝性能匹配, 最終分別確定國產(chǎn)配方和進(jìn)口配方最佳成型工藝,解決了限制復(fù)合芯研制的瓶頸問題。樹脂的溫度-放熱特性是生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯的關(guān)鍵技術(shù)之一,為了控制樹脂固化速

9、度,對(duì)固化過程的溫度控制 (包括升溫、保溫和降溫)進(jìn)行分析, 便可制定出較理想的基本工藝參數(shù)。圖3為國產(chǎn)樹脂配方和國外樹脂配方的差示掃描量熱法( DSC )曲線圖。3根據(jù)DSC曲線放熱溫度分析,確定國產(chǎn)樹脂配方的拉擠固化溫度區(qū)間為130 170 °C , 國外樹脂配方的拉擠固化溫度區(qū)間為170 200 °C。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)操作過程, 以上溫區(qū)確定準(zhǔn)確有效, 工藝性能良好。核心技術(shù)是芯棒的制造, 關(guān)鍵材料是高溫韌性環(huán)氧樹脂。在碳纖維復(fù)合芯棒中,碳纖維占 35%, 玻璃纖維占35%,高溫韌性環(huán)氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強(qiáng)度高和斷裂伸長大,例如采用日本東麗公司生產(chǎn)的T700S

10、; 玻璃纖維采用耐堿的E型, 即E-GF。T700S 和E-GF 的性能列于表1。用韌性環(huán)氧樹脂可制得具有耐沖擊性的韌性芯棒4。由表1列出的數(shù)據(jù)可知, E- GF的斷裂伸長值大于T700S, 因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。同時(shí), E-GF的價(jià)格低于T700S, 可降低生產(chǎn)成本。E-GF為絕緣體, 為芯棒提供絕緣層。所用環(huán)氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復(fù)合芯棒的又一技術(shù)核心。這種樹脂固化溫度高達(dá)260°C( 500 ) , 一般環(huán)氧樹脂 648或AG80 的固化溫度都低于此值。換言之,這種高溫固化型環(huán)氧樹脂具有特殊的耐熱結(jié)構(gòu)。此外,還需要增韌改性, 使所制芯棒具有韌性, 而不

11、是硬棒。否則不會(huì)通過放線滑輪試驗(yàn)4。2. 2 梯形軟鋁單絲拉制6梯形軟鋁單絲生產(chǎn)工序?yàn)檫B鑄連軋機(jī)拉制鋁桿、拉絲機(jī)拉制鋁單絲、時(shí)效爐退火, 其關(guān)鍵技術(shù)如下。( 1)鋁單絲原材料控制。( 2)鋁單絲拉制。( 3)鋁單絲退火。2 . 3 梯形軟鋁導(dǎo)線絞制6碳纖維梯形軟鋁絞線的絞制與普通導(dǎo)線相比,不同之處主要在于防止梯形軟鋁線擦傷和防梯形線翻身工藝, 這是由梯形軟鋁單絲的自身形狀和強(qiáng)度較低特點(diǎn)決定的。為防止鋁線擦傷,在異型單絲穿過的地方采用特制尼龍線嘴和尼龍線輪進(jìn)行保護(hù)。為了防止梯形線翻身,采用特殊的成型裝置來實(shí)現(xiàn)，特殊成型裝置的直徑比普通導(dǎo)線成型裝置大。3、ACCC導(dǎo)線的拉擠成型技術(shù)碳纖維復(fù)合芯鋁絞

12、電纜主要采用連續(xù)拉擠法，但制造碳纖維復(fù)合芯棒具有一定的特殊性。下表列出了 ACCC 導(dǎo)線的技術(shù)參數(shù), 以供制造和使用時(shí)參考4。3.1拉擠成型工藝原理和工藝流程拉擠成型工藝的基本原理是連續(xù)纖維在外力牽引下經(jīng)過樹脂浸漬，在成型模具內(nèi)加熱固化成型，拉出模具，生產(chǎn)出連續(xù)的線型制品。拉擠成型工藝與其它成型工藝的區(qū)別在于外力拉拔和擠壓模塑。拉擠成型工藝流程如圖1.1所示7。拉擠成型重要的工藝參數(shù)包括溫度、壓力、拉擠速度、牽引力和樹脂固化反應(yīng)等。拉擠成型的工作流程是在牽引機(jī)的拉力下, 連續(xù)的碳纖維在樹脂基體中浸漬,預(yù)成型后通過加熱的模具,熱量傳遞至液態(tài)的樹脂/碳纖維復(fù)合體系,交聯(lián)反應(yīng)開始發(fā)生,樹脂從復(fù)合材料

13、的周邊向中心固化。樹脂固化后體積收縮,使得復(fù)合材料與模具分開,經(jīng)過脫模、后固化、冷卻等流程, 最終由收線機(jī)進(jìn)行收卷8。復(fù)合芯性能的影響因素有纖維體積含量、纖維和樹脂的界面性能、拉擠樹脂體系在模具內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)溫度場以及模具的工況等。其中拉擠樹脂體系在模具內(nèi)的溫度控制是拉擠成型工藝成敗的關(guān)鍵8。非穩(wěn)態(tài)溫度場研究拉擠樹脂體系在加熱模具中的溫度和固化度會(huì)嚴(yán)重影響制品的性能。拉擠成型工藝中, 拉擠樹脂體系在模具內(nèi)移動(dòng)伴隨復(fù)雜的固化反應(yīng)和相變過程,使得溫度在拉擠樹脂體系內(nèi)的傳導(dǎo)變得很復(fù)雜。同時(shí)溫度與固化度存在強(qiáng)烈的耦合作用8。拉擠模具分為三個(gè)區(qū):區(qū)為預(yù)熱區(qū), 一般在120°C左右, 為下一階段的固

14、化反應(yīng)做準(zhǔn)備, 同時(shí)液壓的提高也便于熱量向內(nèi)傳遞; 區(qū)為凝膠區(qū),樹脂發(fā)生固化反應(yīng)并產(chǎn)生相變, 從粘稠態(tài)轉(zhuǎn)變成為凝膠態(tài);區(qū)為恒溫區(qū), 可防止溫度驟變導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)生裂紋。如圖 2所示8。圖2 模具分區(qū)示意圖在接近模具出口處, 表面沾有脫模劑的制品會(huì)從模具表面脫離下來。如果材料內(nèi)外溫差或出口處的溫度梯度太大, 會(huì)導(dǎo)致固化不均勻而產(chǎn)生裂紋8。因此拉擠成型工藝必須選擇合適的模內(nèi)溫度, 設(shè)定合適的預(yù)熱溫度和牽引速度, 以獲得最佳固化溫度和固化時(shí)間,將內(nèi)應(yīng)變控制在一定范圍內(nèi),保證材料性能,宏觀上不產(chǎn)生裂紋9。若預(yù)熱區(qū)溫度太高，凝膠點(diǎn)前移，脫離點(diǎn)離模具末端太遠(yuǎn)，隨著牽引力增加，發(fā)生局部粘模，拉擠過程中掉沫嚴(yán)

15、重，導(dǎo)致產(chǎn)品表面粗糙；若溫度太低，預(yù)熱不充分，造成脫模困難，隨著牽引力增大，發(fā)生堵模，工藝失敗。凝膠區(qū)若溫度太高，加上環(huán)氧樹脂凝膠時(shí)放出的熱量可能導(dǎo)致復(fù)合材料裂解而性能降低； 若溫度太低，凝膠時(shí)間長，粘模使?fàn)恳υ黾?，產(chǎn)品表面也不光滑。固化區(qū)溫度也應(yīng)適中，太低固化不完全，太高可能引起產(chǎn)品裂解， 均能使產(chǎn)品性能降低。在拉擠過程中， 樹脂傳熱速度相對(duì)較慢，工藝控制溫度需要進(jìn)一步修正9。拉擠速度不僅影響生產(chǎn)率和材料性能，而且是拉擠工藝成敗的關(guān)鍵參數(shù)之一。它須同模具溫度協(xié)調(diào)一致，在拉擠溫度一定下，拉擠速度也有最佳值8。纖維體積含量對(duì)復(fù)合芯性能的影響9資料顯示，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量隨碳

16、纖維含量的增加而增加。碳纖維在基體中分布均勻，纖維同基體有良好的粘結(jié)性，碳纖維的高強(qiáng)度和高模量才會(huì)在復(fù)合材料中發(fā)揮作用。在熱變形方面， 纖維增強(qiáng)材料有一個(gè)共同特點(diǎn)，即少量的纖維可使復(fù)合材料的熱變形溫度很快接近基體的熔點(diǎn)。在材料硬度方面，當(dāng)碳纖維含量較少時(shí)，復(fù)合材料的硬度提高不多，此時(shí)主要是基體承載負(fù)荷；當(dāng)纖維體積的比例超過一定量時(shí)，載荷主要由纖維承擔(dān)。 纖維和樹脂的界面性能9一般而言，無機(jī)纖維（如碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、氮化硅纖維）與聚合物基體之間的親和性都較差，復(fù)合時(shí)容易在界面上形成空隙和缺陷，增強(qiáng)相與基體材料之間難以形成有效的粘結(jié)。對(duì)于聚合物基復(fù)合材料，纖維的表面改性就是竭力促使纖維表面

17、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高纖維與聚合物基體間的粘合性能，從而最大限度地發(fā)揮纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的能力。利用物理和化學(xué)2種方法對(duì)所用碳纖維和玻璃纖維進(jìn)行處理， 可以有效地改善纖維與樹脂的潤濕性和界面結(jié)合性。美國CTC的產(chǎn)品及纖維表面處理前后對(duì)比如圖2所示。圖2 材料斷面的SEM照片3.2 拉擠工藝對(duì)復(fù)合芯力學(xué)性能的影響10將樹脂（耐高溫改性環(huán)氧樹脂）、固化劑（液體酸酐）、助劑等按一定比例混合，攪拌均勻，進(jìn)行真空脫泡后倒入樹脂浸漬槽，將含有不同比例混雜的玄武巖纖維和碳纖維放入浸漬槽浸漬樹脂，然后進(jìn)入模具連續(xù)固化成型。其中在纖維芯棒內(nèi)層纖維為混雜的碳纖維和玄武巖纖維，外層主要為玄武巖纖維;加熱模具的溫度

18、控制分3個(gè)區(qū)段，分別為145 、160 、145 ，模具長度100 cm，拉擠速度為0. 1 0. 5 m/min拉擠成型工藝過程?；祀s纖維復(fù)合加強(qiáng)芯的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量試驗(yàn)是按 GB /T 13096 2008，在材料萬能試驗(yàn)機(jī)上測量;熱膨脹系數(shù)則采用熱膨脹儀進(jìn)行測量。結(jié)果如下：(1) 隨著纖維體積含量的增加混雜纖維復(fù)合芯的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均增加， 而且近乎成線性關(guān)系，通過提高纖維含量和采用高強(qiáng)度纖維，可進(jìn)一步提高纖維復(fù)合芯的力學(xué)強(qiáng)度;(2) 隨著拉擠速度的上升，混雜纖維復(fù)合芯的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均有下降，當(dāng)拉擠速度超過一定臨界值后彎曲強(qiáng)度和彎曲模量下降速度加快，因此在復(fù)合芯的制備中應(yīng)嚴(yán)格

19、控制拉擠速度;(3) 對(duì)混雜纖維復(fù)合芯進(jìn)行了150 1000h的熱老化實(shí)驗(yàn)，其彎曲強(qiáng)度并未隨著老化時(shí)間的增加而下降，相反在老化時(shí)間為1000 h時(shí)彎曲強(qiáng)度達(dá)到更高值;(4) 在溫度范圍23 100 時(shí)混雜纖維復(fù)合芯的熱膨脹系數(shù)僅為0. 3302×10 6/，在降低線路弧垂方面作用尤為顯著。3.3 拉擠成型過程出現(xiàn)的缺陷及原因拉擠成型過程中出現(xiàn)的缺陷及產(chǎn)生的原因如下表所示8。3 .4 芯棒裂紋及竹節(jié)產(chǎn)生的原因分析CF高強(qiáng)度、低延伸率，GF低強(qiáng)度、高延伸率，兩者之間的線膨脹系數(shù)相差近10倍。ACCC/TW導(dǎo)線的芯棒是以碳纖維為芯材、玻璃纖維為表面材料組合而成的實(shí)心夾層復(fù)合材料（如圖7所示

20、），兩者組合后碳纖維芯棒的線膨脹系數(shù)約1.6×10- 6- 111。將 ACCC D rake 1020導(dǎo)線與配套的金具壓接成一組合體試樣,共18組,將各 6組試樣分別按導(dǎo)線呈自然直狀態(tài)、呈直線段受張力狀態(tài)、呈耐張?zhí)€段狀態(tài)進(jìn)行低壓大電流通流耐高溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn),試樣溫升從150 °C開始按10°C遞增,直至升到200°C12。表 1 ACCC導(dǎo)線經(jīng)耐高溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)后芯棒表面檢查結(jié)果由熱力學(xué)原理可知12:當(dāng)溫度變化所引起物體的膨脹或收縮受到約束時(shí),會(huì)在物體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力, 這種由于溫度變化引起的熱變形受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力,稱為溫度應(yīng)力或熱應(yīng)力。ACCC導(dǎo)線的芯棒

21、以碳纖維為芯材,玻璃纖維為表面材料組合而成的實(shí)心夾層復(fù)合材料,溫度變化時(shí)2種材料相互制約, 可見, 碳纖維與玻璃纖維的膨脹系數(shù)之差、碳纖維芯與玻璃纖維層的界面粘結(jié)力和溫度變化是 ACCC導(dǎo)線的芯棒產(chǎn)生熱應(yīng)力的必要條件。當(dāng) ACCC導(dǎo)線承受高溫?zé)嵫h(huán)時(shí), 芯棒的膨脹在環(huán)向受到了束縛, 產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力隨溫度的升高逐漸增加,將破壞碳纖維芯與玻璃纖維層的界面結(jié)合力,造成兩者局部錯(cuò)位;熱應(yīng)力超越玻璃纖維材料的界面結(jié)合力時(shí),玻璃纖維復(fù)合材料內(nèi)的環(huán)氧樹脂、基體和玻璃纖維絲、 增強(qiáng)體的結(jié)合力會(huì)被破壞,造成芯棒表面出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象,且裂紋量和芯棒表層的顏色將隨溫升溫度的增加而增加12。當(dāng) ACCC導(dǎo)線試樣呈自

22、然直線狀態(tài)溫升時(shí),芯棒的膨脹趨直線方向是自由的; 當(dāng) ACCC導(dǎo)線試樣呈直線段受張力狀態(tài)溫升時(shí),芯棒的膨脹趨直線方向且受軸拉力牽引。這2種情況芯棒的膨脹均未受到伸展方向的約束。當(dāng) ACCC導(dǎo)線呈耐張?zhí)€段狀態(tài)時(shí),導(dǎo)線呈弧線,芯棒外側(cè)受拉內(nèi)側(cè)受壓, 溫升時(shí)受拉側(cè)的膨脹無約束,而受壓側(cè)的膨脹受到了束縛, 產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力隨溫度的升高逐漸增加, 將破壞碳纖維芯與玻璃纖維層的界面結(jié)合力, 造成兩者局部的錯(cuò)位;熱應(yīng)力超越玻璃纖維材料屈服應(yīng)力時(shí), 玻璃纖維復(fù)合材料表層原有的彈性變形將轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?溫度降至常溫后, 芯棒表面就會(huì)留下殘余變形-“竹節(jié)”現(xiàn)象,且這種殘余變形量將隨溫升溫度、熱循環(huán)次數(shù)的增加

23、而變大 (如圖4和表4所示 )12。3. 5握力試驗(yàn)對(duì)比研究12 握力試驗(yàn)值也可視為導(dǎo)線拉斷力值, ACCC Drake 1020導(dǎo)線高溫時(shí)及高溫后拉斷力的對(duì)比見表 5。從表 5的數(shù)據(jù)可見,碳纖維復(fù)合芯鋁導(dǎo)線的拉斷力隨著導(dǎo)線溫度的升高有所下降,導(dǎo)線經(jīng)高溫再恢復(fù)至常溫后,導(dǎo)線的拉斷力也有所下降。4、具體的幾個(gè)制備案例4.1 碳纖維復(fù)合芯組合物及碳纖維復(fù)合芯的制備方法13由AFG-90高溫環(huán)氧樹脂，固化劑，促進(jìn)劑，碳纖維組成，其中AFG-90高溫環(huán)氧樹脂：固化劑：促進(jìn)劑：碳纖維=100:120-140:1-3:60-80，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維，所述的固化劑為甲基四氫苯酐、甲迪納迪克酸酐，所

24、述的促進(jìn)劑為2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、芐基二甲胺。制備方法：A、 碳纖維由紗架經(jīng)導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)，張力控制機(jī)構(gòu)進(jìn)入偶聯(lián)劑噴涂器；B、 纖維張力控制器調(diào)節(jié)張力，纖維單絲張力為45N-55N；C、 偶聯(lián)劑（Y-氨丙基三乙氧基硅烷NH2-CH2-CH2-CH2-Si-COC2H5）噴涂器中裝有高壓噴頭噴涂霧狀KH560溶劑，用95%濃度的乙醇將KH560配制成1%-3%的溶液，噴涂量為0.05cm3/分鐘。纖維經(jīng)偶聯(lián)劑噴涂器進(jìn)入真空注射預(yù)浸裝置浸漬高溫環(huán)氧樹脂膠后進(jìn)入加熱的成型模具中固化成型，其中加熱的成型模具分三區(qū)加熱，即預(yù)熱區(qū)、凝膠區(qū)和固化區(qū)，三區(qū)溫度依次分別為120°C-130&#

25、176;C,160°C-170°C，170°C-190°C；D、 固化后再經(jīng)烘干筒二次固化，固化溫度控制為進(jìn)口溫度165°C-175°C，出口溫度140°C-160°C；E、 整個(gè)過程由液壓牽引機(jī)連續(xù)牽引。拉擠速度為9.0cm/分鐘。 另一種碳纖維復(fù)合芯的制造14此法制得的復(fù)合芯比重1.95g/cm3,線膨脹系數(shù)1.6×106（縱向），橫向2.77×106，抗拉強(qiáng)度2597MPa，極限工作溫度250°C，持續(xù)工作溫度180°C。1） A組分的制備：取高性能脂環(huán)族環(huán)氧樹脂6份、

26、酚醛樹脂3份、晶須粉末抱合劑0.5份、輔助材料0.5份，用高速分散機(jī)分散即可；2） B組分的制備：取桐油4份，在桐油中加入輔助材料1份，200°C下反應(yīng)生成桐油樹脂，然后加入高溫酸酐 樹脂5份，用高速分散機(jī)分散即可；3） 將A:B兩組份各50%，混合均勻，轉(zhuǎn)移至上漿斗，備用；4） 將內(nèi)芯用碳纖維束和外部用復(fù)合纖維束退繞，經(jīng)過烘干箱65-85°C烘干、預(yù)熱；5） 纖維束然后穿過上漿斗，被上漿斗的樹脂浸透，浸透后的纖維束導(dǎo)線器、集紗器集中；6） 將纖維束加熱到65-150°C，使纖維束上的樹脂從液態(tài)轉(zhuǎn)為半固化至黏著狀態(tài)，通過模具壓緊，預(yù)成型；7） 保持溫度不變，將預(yù)成

27、型的纖維束通過調(diào)節(jié)通道，進(jìn)一步壓縮纖維束、排除纖維束中的空氣、調(diào)節(jié)纖維樹脂比，將纖維束初步集中，塑造成小股纖維束；8） 進(jìn)一步將小股纖維束集中、壓實(shí)，先將內(nèi)碳芯集中成一束，然后在內(nèi)碳芯外復(fù)合玻璃纖維束，壓實(shí)、加熱至145-205°C固化，接著冷卻至65-85°C，再次加熱至145-205°C固化，進(jìn)行二次固化，冷卻后，纏繞儲(chǔ)存。當(dāng)然最好兩次固化溫度的選擇與所用樹脂的種類有關(guān)，兩次固化的溫度一致，固化效果更好。4.2 幾種復(fù)合電纜舉例玻璃纖維與碳纖維復(fù)合芯電纜15本例為玻璃纖維和碳纖維復(fù)合芯，是采用熱固性工藝復(fù)合玻璃纖維和熱固性樹脂，其直徑為8mm-25mm；碳纖維

28、復(fù)合芯直徑為6mm-20mm；采用熱塑性工藝將PE涂覆在玻璃纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成的內(nèi)包裹碳纖維加強(qiáng)芯的桿體上。由碳纖維50%-55%、玻璃纖維10%-15%、樹脂及輔助材料30%-40%組成。其中樹脂為環(huán)氧樹脂及乙烯基樹脂。配置樹脂原料，應(yīng)在攪拌機(jī)上充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過濾后，方可倒入樹脂槽中。工藝熟化區(qū)域200±10°C和定型區(qū)域140±10°C，并通電加熱模具。碳纖維圓形體與玻璃纖維紗經(jīng)樹脂槽和加熱模具加熱，然后再經(jīng)烘箱定型，生產(chǎn)線最高車速為8m/min,生產(chǎn)過程中，為改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，允許車速在5m/m

29、in-8m/min范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。提前2-3小時(shí)，啟動(dòng)擠出機(jī)的加熱系統(tǒng)，并按工藝要求調(diào)整好各加熱區(qū)的溫度。 玄武巖纖維與碳纖維復(fù)合芯16、芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯17針對(duì)玻璃纖維、碳纖維復(fù)合芯生產(chǎn)效率慢，彎曲半徑較大的不足，研究了由碳纖維50%-55%、玄武巖纖維（或芳綸纖維）10%-15%、樹脂及輔助材料30%-40%組成的復(fù)合芯。碳纖維束絲經(jīng)集聚機(jī)架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，碳纖維圓形體在玄武巖纖維（或芳綸纖維）紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過濾后，方可倒入樹脂槽中。工藝熟化區(qū)域200±10°C和定型區(qū)域140±10

30、76;C，并通電加熱模具。 復(fù)合材料加強(qiáng)導(dǎo)線18由于復(fù)合芯外芯的纖維都是沿電纜長度方向分布，造成橫向的力學(xué)性能比較弱，在纏繞外層鋁導(dǎo)體的時(shí)候，很容易造成外芯的破壞，而且這種破壞由于外層鋁導(dǎo)體的遮蓋而很難發(fā)現(xiàn)。在電纜的使用過程中，在濕度、腐蝕和溫度環(huán)境會(huì)直接作用到碳纖維復(fù)合材料內(nèi)芯上，從而降低復(fù)合芯的承載性能并縮短復(fù)合芯的使用壽命。故制造一種復(fù)合材料加強(qiáng)筋，包括保護(hù)體和承載體。保護(hù)體的纖維氈或者纖維布包括玻璃纖維、玄武巖纖維或者芳綸纖維，纖維氈的纖維是不定項(xiàng)分布的，纖維布的纖維包括垂直和平行于加強(qiáng)筋長度方向的纖維；承載體的纖維包括碳纖維。承載體為圓柱形，保護(hù)體為圓環(huán)形，并且所述承載體和保護(hù)體形成

31、同心圓形。所述加強(qiáng)筋包括至少一根沿加強(qiáng)筋縱向定向的金屬線體（如鋼絲）。上述加強(qiáng)筋由于保護(hù)層增加了橫向纖維，似的保護(hù)層增加了橫向力學(xué)性能。采用拉擠工藝制造加強(qiáng)筋，模具包括可以分開/閉合的瓣模，即瓣模分開時(shí)加強(qiáng)筋工料運(yùn)動(dòng)，瓣模閉合時(shí)形成一個(gè)完整的模具，加強(qiáng)筋工料在模具中固化。其中至少包括一次感應(yīng)加熱步驟，所述感應(yīng)加熱步驟通過感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)加強(qiáng)筋工料中的金屬線體進(jìn)行加熱。 非金屬復(fù)合材料芯線19非金屬復(fù)合材料芯線具有線膨脹系數(shù)小、重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、韌性好等特點(diǎn)。抗拉強(qiáng)度在2000-3500MPa。包括內(nèi)部芯件，中間涂層構(gòu)件及外部涂層構(gòu)件。內(nèi)部芯件包括若干玻璃纖維束，中間涂層構(gòu)件包括若干

32、碳纖維束，中間涂層構(gòu)件包覆在內(nèi)部芯件外，外部涂層包括若干無硼E級(jí)玻璃纖維束，外部涂層構(gòu)件包覆在中間涂層構(gòu)件外，在外部涂層構(gòu)件的外面有保護(hù)層，保護(hù)層能抗紫外線。纖維與基體材料的體積比例78:19-25。例如：采用S級(jí)玻璃纖維，中間涂層構(gòu)件采用24K碳纖維，外部涂層構(gòu)件采用無硼E級(jí)玻璃纖維；內(nèi)部基體材料、中間基體材料、外部基體材料相同：均包括65%AG-80環(huán)氧樹脂和20%E-54環(huán)氧樹脂、0.8%XB3022促進(jìn)劑、14.2%HY918固化劑；保護(hù)層包含45%AG-80環(huán)氧樹脂、28%CHDM、15%HY918、1%DY070、5%碳酸鈣晶須、6%納米SiO2. 復(fù)合超高強(qiáng)鋁導(dǎo)線20由一復(fù)合超高

33、強(qiáng)芯線（10）和沿其長度方向絞合于其上的鋁線構(gòu)成。所述復(fù)合超高強(qiáng)芯線（10）包括縱向延伸的高性能碳纖維束（11）、高強(qiáng)度的玄武巖纖維束（12）為主芯，和螺旋狀連續(xù)纏繞主芯的高強(qiáng)S玻璃纖維束（13），以及將高性能碳纖維束（11）、高強(qiáng)度玄武巖纖維束（12）、高強(qiáng)S玻璃纖維束（13）固結(jié)為一體的改性熱塑性樹脂。重量百分比碳纖維束：玄武巖纖維束：玻璃纖維束：熱塑性樹脂=20-25%：30-45%：20-25%：15-30%。所述改性熱塑性樹脂按重量百分比的組分為聚四氟乙烯：聚酰亞胺=25-50%：50-75%。 樹脂的Tg與運(yùn)行溫度及強(qiáng)度的關(guān)系21此導(dǎo)線可根據(jù)導(dǎo)線最高運(yùn)行溫度和拉斷力指標(biāo)要求制造導(dǎo)線

34、，從而實(shí)現(xiàn)合理價(jià)格，以滿足新建線路、舊線路改造的各種要求。一種復(fù)合加強(qiáng)芯架空導(dǎo)線，包括線芯，該線芯周圍絞繞有鋁線，導(dǎo)線直徑為16-40mm，所述線芯是1根含有碳纖維、玻璃纖維的樹脂基復(fù)合材料芯棒，該芯棒周圍分層絞繞2-4層電工軟鋁線，其中鋁線截面為圓形或異形，芯棒是以碳纖維為中心層、外部包覆玻璃纖維，并經(jīng)熱固性樹脂浸潤固化處理所形成的圓形復(fù)合材料芯棒，直徑為，其中碳纖維和玻璃纖維是連續(xù)的，芯棒中所含玻璃纖維的重量百分比為30%-50%。芯棒直徑為，碳纖維重量百分比為30%-50%，基體材料為環(huán)氧樹脂，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg分為120-130°C、150-160°C、180-19

35、0°C、220-230°C四種情況，其安全運(yùn)行溫度分為100°C、130°C、160°C、200°C四個(gè)等級(jí)，其抗拉強(qiáng)度在1880-2706MPa范圍內(nèi)。芯棒直徑為6.3mm，安全運(yùn)行溫度100°C時(shí)，其芯棒所含碳纖維的重量百分比為30%-50%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg分為120-130°C、150-160°C、180-190°C、220-230°C，其抗拉強(qiáng)度分為1907、2427、2677MPa三個(gè)等級(jí)。芯棒直徑為7.5mm，安全運(yùn)行溫度100°C時(shí)，其芯棒所含碳纖維的重量百

36、分比為30%-50%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg分為120-130°C、150-160°C、180-190°C、220-230°C，其抗拉強(qiáng)度分為1880、2088、2353、2706MPa四個(gè)等級(jí)。芯棒直徑為8.4mm，安全運(yùn)行溫度100°C時(shí)，其芯棒所含碳纖維的重量百分比為30%-50%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg分為120-130°C、150-160°C、180-190°C、220-230°C，其抗拉強(qiáng)度分為2313、2441、2684MPa三個(gè)等級(jí)。特殊形狀的復(fù)合芯導(dǎo)線22普通復(fù)合芯采用了碳纖維/環(huán)氧樹脂內(nèi)部芯及

37、玻璃纖維/環(huán)氧樹脂外部芯同心復(fù)合結(jié)構(gòu)，但是由于復(fù)合芯采用拉擠成型工藝，碳纖維內(nèi)部芯外圍的外部芯玻璃纖維仍然為縱向平行直排，縱向直排纖維對(duì)內(nèi)部碳纖維/樹脂芯抱合力有限，基本沒有抱緊抗開裂作用，斷裂韌性低。本實(shí)例提供一種復(fù)合芯，包括碳纖維內(nèi)層和絕緣纖維（玄武巖纖維、玻璃纖維、碳化硅纖維中的一種或任意組合）外層，所述絕緣纖維外層呈螺紋狀包覆在所述碳纖維內(nèi)層上，還包括導(dǎo)電介質(zhì)（鋁、銅、銀、金、鉑），導(dǎo)電介質(zhì)嵌在呈螺紋狀的絕緣纖維的紋縫中。上述碳纖維內(nèi)層為三維織物拉擠纏繞成型。，且外層纏繞包覆螺紋狀的絕緣纖維，從而大大提高了復(fù)合芯橫向的強(qiáng)度和韌性，使其具有良好的抗彎曲能力。上述絕緣纖維外層的直徑為1-3

38、mm，碳纖維內(nèi)層的直徑為4-15mm，復(fù)合芯的密度為1-3g/cm3,優(yōu)選密度為3.。此復(fù)合芯導(dǎo)線的拉斷力為120-180KN。此復(fù)合芯導(dǎo)線，由于采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料作為承載力的導(dǎo)線芯，具有拉伸強(qiáng)度大、韌性好、熱膨脹系數(shù)小、弧垂低的特點(diǎn)。同時(shí)，由于復(fù)合芯與導(dǎo)電介質(zhì)可以緊密結(jié)合，從而可以避免由導(dǎo)線變形引起的電暈和電干擾等問題。 鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線23這是一種導(dǎo)電率更高、強(qiáng)度更大、耐高溫并且沒有“竹節(jié)”相信的新型架空導(dǎo)線。利用鋁基碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線內(nèi)芯，在復(fù)合內(nèi)芯的外層絞合鋁合金導(dǎo)體，代替ACCC導(dǎo)線樹脂基碳纖維復(fù)合材料內(nèi)芯。利用金屬比樹脂基體具有更高的強(qiáng)度、耐熱性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及

39、抗老化性能的優(yōu)點(diǎn)制備比樹脂基復(fù)合材料性能更為優(yōu)異的導(dǎo)線復(fù)合內(nèi)芯。 耐蝕防振導(dǎo)線24本例導(dǎo)線通過間隙實(shí)現(xiàn)自阻尼防振。包括加強(qiáng)內(nèi)芯和外圍絞合電導(dǎo)體，其特征在于所說加強(qiáng)內(nèi)芯為纖維樹脂定型細(xì)長體（至少有碳纖維和/或玄武巖纖維組成，體積混合比為40-60%/60-40%），加強(qiáng)內(nèi)芯與最外層絞合電導(dǎo)體間有0.5-8mm的間隙，間隙中填充有油膏或油脂。，絞合電導(dǎo)體最外層表面有聚氨酯涂層。纖維樹脂細(xì)長體為中心工字芯、外包組合套管的拼合芯。 復(fù)合倍容量導(dǎo)線此復(fù)合芯鋁絞線，其中心為由碳纖維制成的線芯，在線芯外同心絞合有至少二層、每層至少六根截面為S形或Z形的鋁絞線。與普通截面為圓形的金屬線相比，可以提高導(dǎo)電層的填

40、充率，從而提高導(dǎo)電能力25。另有截面為瓦形26以及鋁合金線的截面一側(cè)帶有凸起，另一側(cè)帶有與此凸起相匹配的凹槽的梯形截面的鋁絞線27。 多芯絞合型碳纖維復(fù)合材料電纜芯28包括絕緣層2和芯層3，所述芯層3由碳纖維4和樹脂體系5構(gòu)成，絕緣層環(huán)向纏繞在芯層外層，其特征在于：多束碳纖維浸漬樹脂體系后加捻成股，加捻的捻回角范圍為1-10°。絕緣層通常為玻纖紗或布。優(yōu)點(diǎn)：一是碳纖維加捻后纏繞玻璃纖維，使捻后的纖維不易松散從而有利于二次加捻及固化；二是采用多芯加捻工藝使電纜芯耐疲勞性能較同截面單根電纜芯好，并且可以有效避免單芯結(jié)構(gòu)發(fā)生某處缺陷而導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象；三是多芯結(jié)構(gòu)的電纜芯慣性矩較小，柔韌性好

41、，可以減小卷軸直徑，便于收卷、包裝、運(yùn)輸。 一種防覆冰接觸網(wǎng)導(dǎo)線29該導(dǎo)線是以碳纖維作為發(fā)熱材料與金屬導(dǎo)電介質(zhì)幾何的防覆冰電力導(dǎo)線。包括碳纖維中心體，以及包覆在碳纖維中心體外部的導(dǎo)電介質(zhì)層，所述碳纖維中心體是碳纖維棒、或單股的碳纖維束、或多股碳纖維束、導(dǎo)電介質(zhì)層是銅、鋁、銅合金、鋁合金、銀銅合金。導(dǎo)電介質(zhì)在外環(huán)的二分之一上部左右對(duì)稱具有兩個(gè)V形缺口。具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大、溫差變化小、柔韌性好的特點(diǎn)，關(guān)鍵在于其具有自動(dòng)加熱防覆冰的功能。 一種加強(qiáng)芯擴(kuò)徑導(dǎo)線30加強(qiáng)芯擴(kuò)徑導(dǎo)線包括內(nèi)芯和絞繞在所述內(nèi)芯上的導(dǎo)電層，優(yōu)選采用7根單纖維絞合而成的碳纖維芯，碳纖維芯層可用環(huán)氧樹脂將碳纖維絲拉擠、固化到

42、一起，再用玻璃纖維布在其外層擠拉一層保護(hù)層制成。根據(jù)不同的要求對(duì)環(huán)氧樹脂的耐溫等級(jí)分別為90°C、120°C、150°C、200°C。導(dǎo)電層包括一層或多層疏繞層和位于疏繞層上的一層或多層絞合層。疏繞層包括鄰內(nèi)層2和鄰?fù)鈱?，鄰內(nèi)層右向和鄰?fù)鈱幼笙蛴蓛?nèi)向外依次絞繞在碳纖維芯層上；緊密絞合層包括外層4，外層右向緊密絞合在鄰?fù)鈱?上。鄰內(nèi)層和鄰?fù)鈱硬捎娩X單線制成，鄰內(nèi)層、鄰?fù)鈱印⑼鈱咏痰牡墓?jié)距范圍分別為210-230mm、270-290mm、300-330mm。外層4采用鋁單線絞繞而成。 架空輸電鋁絞線用智能復(fù)合芯31雖然ACCC導(dǎo)線性能優(yōu)異，但碳纖維價(jià)格昂貴

43、，大面積應(yīng)用受資金等條件限制，故采用玄武巖纖維制復(fù)合芯。玄武巖纖維具有性價(jià)比高、比強(qiáng)度、比模量高、耐低溫（269-650°C）、抗水損害性能好。耐紫外線光照、電絕緣、防火阻燃等特點(diǎn)。此智能復(fù)合芯是由玄武巖纖維-高強(qiáng)鋼絲-分布式連續(xù)光纖傳感器、耐高溫樹脂和耐高溫阻燃涂層構(gòu)成。在犧牲部分性能的情況下，也可采用玻璃纖維代替玄武巖纖維和其他材料形成智能復(fù)合芯。其主要結(jié)構(gòu)是：將玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲和分布式連續(xù)光纖傳感器和耐高溫樹脂一次性擠拉復(fù)合形成復(fù)合芯材，其中高強(qiáng)鋼絲、一根連續(xù)光纖傳感器和玄武巖纖維與耐高溫樹脂復(fù)合分布在復(fù)合芯材的內(nèi)芯，再將玄武巖纖維和另一根連續(xù)光纖傳感器和耐高溫樹脂復(fù)合分布

44、在中央內(nèi)芯周圍形成外芯；最后在外芯上再涂覆一層耐高溫阻燃涂層。以復(fù)合芯材為核心將鋁導(dǎo)線通過扭絞方式形成輸電鋁絞線。該新型復(fù)合芯材，其玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲的體積比例為4:1-1:1，復(fù)合芯材中耐高溫樹脂基體體積占整個(gè)復(fù)合芯材的體積不大于50%。 一種自熄性碳纖維電纜32包括碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線、絕緣層、阻燃包帶層和護(hù)套層。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線外面包覆絕緣層，絕緣層外面包覆阻燃包帶層，護(hù)套層包覆于阻燃包帶層外面，是電纜的最外層。絕緣層為聚醚砜絕緣層，厚度為。阻燃包帶層的制備包含由聚合物基體和無機(jī)阻燃填料組成的阻燃組合物和脫水劑。聚合物基體選自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物；無機(jī)阻燃填料選用天然氫氧化

45、鎂；脫水劑選自氧化鈣、沸石或其混合物，含量為5-10wt%。阻燃包帶層的制備過程為將聚合物基體和無機(jī)阻燃填料放入密閉式Banbury混合機(jī)中混合，當(dāng)溫度升至200°C時(shí)添加脫水劑，充分混合10-15分鐘，然后將此組合物從機(jī)筒中擠出在包含絕緣層的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線上。組合物在擠出機(jī)中的溫度保持在200°C。 抗老化復(fù)合材料電纜33對(duì)于纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電纜，環(huán)氧樹脂長期戶外暴露，抗老化性能下降較大，輸電耐溫不能超過120°C，因而一定上限制了在超高壓和特高壓線路上的應(yīng)用。為此，制備了一種新型碳纖維復(fù)合材料線體，包括碳纖維與酚醛樹脂的均勻固化體芯層，芯層外層為混

46、雜纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基復(fù)合材料的纏繞體。芯層斷面為圓形，直徑為5-30mm，碳纖維沿芯層軸向單向排布，碳纖維含量50-75%，酚醛樹脂含量50-30%。外層為圓環(huán)形，厚度為1-10mm，其中纖維是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維的一種或幾種的混合體，纖維含量40-70%。酚醛樹脂含量60-30%，纏繞角度范圍0-90°。此線體拉伸強(qiáng)度超過1800MPa，拉伸模量大于120GPa，使用溫度超過150°C，耐腐蝕性能優(yōu)良，特別適合連續(xù)生產(chǎn)，效率高，穩(wěn)定性好。 碳纖維晶須增強(qiáng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線34碳纖維晶須增強(qiáng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大、柔韌性好、重量

47、輕的特點(diǎn)，關(guān)鍵在于導(dǎo)線張力和馳度隨氣溫變化小的特點(diǎn)。碳纖維的含碳量不小于90%，抗拉強(qiáng)度不小于3500MPa；所述晶須為氧化鋅晶須，也可以是硫酸鈣晶須、硫酸鎂晶須、氧化鎂晶須、碳化硅晶須；金屬導(dǎo)電介質(zhì)為銅、銀、鋁、鎂、鋅或銅合金、銀合金、鋁合金、鎂合金、鋅合金；所述添加劑為鎳、錫、鈮。所述接觸網(wǎng)導(dǎo)線整體為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且在外環(huán)的二分之一上部左右對(duì)稱具有兩個(gè)V形缺口。碳纖維、晶須預(yù)先浸鍍金屬導(dǎo)電介質(zhì)，然后將浸鍍金屬導(dǎo)電介質(zhì)的碳纖維、晶須、添加劑按照9:1:1的比例充分混合均勻，放在熱壓成型機(jī)上擠壓形成原材鑄坯。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為100-300MPa，熱壓溫度為750-1300°C，保溫時(shí)間為2

48、0-30分鐘。5 應(yīng)用領(lǐng)域35新型復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線是一種全新概念的架空輸電線路用導(dǎo)線，與同等直徑的常規(guī)導(dǎo)線相比，具有許多優(yōu)越性，在以下有特別要求的應(yīng)用場合具有應(yīng)用和推廣的價(jià)值： （1）具有與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線相當(dāng)?shù)闹亓亢蛣偠?，合成芯材重量輕，在選用與原 ACSR相同重量的導(dǎo)線時(shí)，相當(dāng)于導(dǎo)線上有更多的鋁材。 （2）合成芯導(dǎo)線可運(yùn)行在遠(yuǎn)高于 ACSR 導(dǎo)線的運(yùn)行溫度下，具有更高的載流容量，以及復(fù)合材料導(dǎo)線更高的強(qiáng)度和小得多的弛度，因此允許對(duì)現(xiàn)有鐵塔不作修改，僅用復(fù)合材料導(dǎo)線替換原有常規(guī)線路，可實(shí)現(xiàn)大幅增大現(xiàn)有走廊的輸送功率。從而避免大范圍的重建，減少停電時(shí)間。 （3）由于弛度小，可采用較矮的鐵塔實(shí)現(xiàn)

49、新建的大跨越以及普通線路工程，并可有效減小風(fēng)偏，在特殊氣候條件下保證輸送容量。 （4）降低線路電暈損耗和減小電磁場輻射。 （5）由于復(fù)合材料增強(qiáng)的耐熱特性，可減少冰的集結(jié)，或在重覆冰地區(qū)，可采用更小直徑的復(fù)合導(dǎo)線，在不改變輸送容量的情況下實(shí)現(xiàn)安全輸送。 （6）由于導(dǎo)線中的金屬材料僅有鋁材，可用在高腐蝕的地區(qū)。 另外5，山東大學(xué)的一篇碩士畢業(yè)論文中，采用碳纖維（T700-12K）、耐熱環(huán)氧樹脂、甲基四氫苯酐（固化劑）為原料制的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線芯。確定了固化溫度為200-220°C，最佳固化劑含量為40%。并將此制品的熱膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、抗拉強(qiáng)度、纖維與基體的粘結(jié)性能與美國的ACCC進(jìn)行了對(duì)比。此外，還研究了復(fù)合芯的濕熱老化行為。6、參考文獻(xiàn)1 程顯軍.電源導(dǎo)線的玻璃纖維與碳纖維復(fù)合芯P.國家發(fā)明專利，公開號(hào)：200920012806.7.2 楊寧.ACCC碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線技術(shù)在我國的應(yīng)用前景分析.電氣應(yīng)用，2008,27（5）.3 余長水，余虹云，曹鈞.碳纖維復(fù)合芯鋁導(dǎo)線高溫拉斷力探討.浙江電力